熱電効果と熱現象の統計力学

• 研究課題/領域番号: 26400404
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 齊藤 圭司 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90312983)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 非平衡熱力学 / 熱電機関 / 熱機関 / 非平衡物理学 / 熱効率 / 仕事率 / 非平衡統計物理学 / 非平衡統計力学

研究成果の概要

熱電現象とは、電子を流すことができる導体を異なる温度の熱浴でつないで熱が流れた時、同時に電流が流れる現象のことです。熱が電流に変換されその電流が外界に仕事をすることができるので、熱電変換は典型的な熱機関と見做すことができます。本研究では、熱電変換を含む幅広い熱機関で通用する、効率と仕事率に関する議論を行いました。磁場が起因して起こるネルンスト効果や、コロイド粒子を操作して実現する微小な熱機関なども考察して、効率と仕事率の間に成立する普遍的なトレードオフ関係式を導出しました。

研究成果

• [国際共同研究] ICTS(インド)
• [国際共同研究] シュツットガルト大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Waiting for rare entropic fluctuations (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito and Abhishek Dhar
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 114 号: 5 ページ: 50004-50004
  • DOI: 10.1209/0295-5075/114/50004
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Universal trade-off relation between power and efficiency for heat engines (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Shiraishi, Keiji Saito and Hal Tasaki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 19 ページ: 190601-190601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.190601
  • NAID: 130007472164
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal Fluctuations of Single-Particle Diffusivity in Quenched Environment (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuma Akimoto, Eli Barkai, Keiji Saito
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 18 ページ: 180602-180602
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.180602
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Floquet-Magnus Theory and Generic Transient Dynamics in Periodically Driven Many-Body Quantum Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomotaka Kuwahara, Takashi Mori and Keiji Saito
  • 雑誌名: Annals of Physics 巻: 367 ページ: 96-124
  • DOI: 10.1016/j.aop.2016.01.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rigorous bound on energy absorption and generic relaxation in periodically driven quantum systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mori, Tomotaka Kuwahara, and Keiji Saito
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 号: 12 ページ: 120401-120401
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.120401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamics of Micro- and Nano-Systems Driven by Periodic Temperature Variations (2015)
  • 著者名/発表者名: Kay Brandner, Keiji Saito, and Udo Seifert
  • 雑誌名: Phys. Rev. X 巻: 5 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevx.5.031019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical test of hydrodynamic fluctuation theory in the Fermi-Pasta-Ulam chain (2014)
  • 著者名/発表者名: Suman G. Das, Abhishek Dhar, Keiji Saito, Christian B. Mendl, Herbert Spohn
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 90 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.90.012124
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Classical Nernst Engine (2014)
  • 著者名/発表者名: Julian Stark, Kay Brandner, Keiji Saito, Udo Seifert
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.140601
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Energy current fluctuations based on fluctuating hydrodynamic theory (2017)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito
  • 学会等名: Physical and mathematical approaches to interacting particle systems: In honer of 70th birthday of Herbert Spohn
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2017-01-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 熱効率と仕事率をめぐって：熱力学の基礎を固める観点から (2017)
  • 著者名/発表者名: 齊藤圭司
  • 学会等名: 第5回理研シンポジウム２０１7 明るい未来の光熱エネルギー
  • 発表場所: 理化学研究所 （埼玉和光市）
  • 招待講演
• [学会発表] Universal trade-off relation between power and efficiency for heat to work conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito, Naoto Shiraishi and Hal Tasaki
  • 学会等名: Thermal and electronic transport in nanostructures
  • 発表場所: Natal, (Brasil)
  • 年月日: 2016-10-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trade-off relation between power and efficiency for heat engines (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito, Naoto Shiraishi and Hal Tasaki
  • 学会等名: Nonequilibrium processes at the nanoscale
  • 発表場所: Beijing (china)
  • 年月日: 2016-07-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低次元系での異常熱輸送現象の理論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齊藤圭司
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Rigorous bound on energy absorption in periodically driven many-body quantum systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito, Tomotaka Kuwahara, and Takashi Mori
  • 学会等名: Non-equilibrium Statistical Physics
  • 発表場所: ICTS, Bangalore (India)
  • 年月日: 2015-11-12
  • 国際学会
• [学会発表] Waiting for entropic fluctuations in stochastic thermodynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito, Abhishek Dhar
  • 学会等名: Long-term workshop on "New Frontiers in Non-equilibrium Physics 2015
  • 発表場所: 基礎物理学研究所（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-07-30
  • 国際学会
• [学会発表] Kondo signature in heat transfer (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito
  • 学会等名: The 9th International Conference on Computational Physics
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] Several mysteries in low-dimensional heat transport (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito
  • 学会等名: Thermodynamics, Large deviation and Transportation
  • 発表場所: 基礎物理学研究所
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] Kondo-signature in heat transfer via local two-state (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiji Saito
  • 学会等名: Advances in Non Equilibrium Statistical Mechanics
  • 発表場所: Florence (Italy)
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-27
  • 招待講演
• [備考] 齊藤圭司のホームページ
  • URL: http://www.phys.keio.ac.jp/faculty/ksaito/syousai/index-saito.html